Глава 10. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ СООРУЖЕНИЙ, ВОЗВОДИМЫХ НА СТРУКТУРНО-НЕУСТОЙЧИВЫХ ГРУНТАХ

10.1 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ НА ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТАХ

10.1.1. Общие положения

К просадочным относятся грунты, в которых под совместным воздействием внешней нагрузки или собственного веса и замачивания возникают дополнительные деформации, называемые просадочными [1].

Просадочными свойствами чаще всего обладают лёссы, лёссовидные супеси, суглинки, глины, покровные глинистые грунты, маловлажные структурные пески, некоторые виды насыпных грунтов, пепловых отложений [3].

Номенклатурными показателями просадочности, определяющими возможность проявления просадочных свойств грунтов, являются степень влажности S_r и показатель просадочности П, определяемый по формуле [8]

(10.1)

где е — коэффициент пористости природного грунта; е_L — коэффициент пористости, соответствующий влажности на границе текучести ω_L;

(10.2)

здесь γ_s и γ_ω — удельные веса частиц грунта и воды.

При предварительной оценке к просадочным относят грунты со степенью влажности S_r ≤ 0,8 и показателем просадочности П, меньшим 0,10, при числе пластичности грунта 0,01 ≤ I_L < 0,10 меньшим 0,17 при 0,10 ≤ I_L < 0,14 и меньшим 0,24 при 0,14 ≤ I_L < 0,22.

Основными характеристиками просадочных грунтов, определяющими их специфические свойства, являются: относительная просадочность ε_sl, начальное просадочное давление p_sl и начальная просадочная влажность ω_sl.

Относительная просадочность представляет собой относительное сжатие грунта при заданных давлениях и степени повышения влажности и определяется по формуле

(10.3)

где h_p — высота образца грунта природной влажности, обжатого без возможности бокового расширения давлением р, равным давлению от собственного веса грунта и нагрузки от фундамента или только от веса грунта в зависимости от вида рассчитываемых деформаций; h_sl — высота того же образца после замачивания его до полного водонасыщения при сохранении давления р; h_g — высота того же образца грунта природной влажности, обжатого без возможности бокового расширения давлением, равным давлению от собственного веса грунта на рассматриваемой глубине.

Начальное просадочное давление р_sl — это минимальное давление от нагрузки фундамента или собственного веса, при котором проявляются просадочные свойства грунта в условиях его полного водонасыщения. За начальное просадочное давление p_sl при лабораторных испытаниях грунтов принимается давление, при котором относительная просадочность ε_sl = 0,01; при полевых испытаниях штампами — давление, равное пределу пропорциональности (на графике «осадка штампа — нагрузка»), при котором фаза нормального уплотнения переходит в фазу просадки и осадка штампа возрастает не менее чем в 1,5 раза.

Начальная просадочная влажность ω_sl представляет собой влажность, при которой грунты, находящиеся в напряженном состоянии от внешней нагрузки или собственного веса грунта, начинают проявлять просадочные свойства. За критерий начальной влажности при компрессионных испытаниях принимается относительная просадочность ε_sl = 0,01; при испытаниях штампами — давление, равное пределу пропорциональности, при котором фаза нормального уплотнения переходит в фазу просадки.

При проектировании оснований и фундаментов на просадочных грунтах учитывается возможность повышения их влажности вследствие:

• – замачивания грунтов — сверху из внешних источников или снизу при подъеме уровня грунтовых вод;
• – постепенного накопления влаги в грунте в связи с инфильтрацией поверхностных вод и экранированием поверхности;
• – одновременного замачивания грунтов сверху и постепенного накопления влаги в грунте.

Просадочные деформации подразделяются на следующие виды (рис. 10.1 и рис. 10.2):

• – просадка фундаментов s_sl.p от их нагрузки, происходящая в пределах деформируемой зоны 1, располагающейся от подошвы фундамента до глубины, на которой суммарные вертикальные давления от нагрузки фундамента и собственного веса грунта равны начальному просадочному давлению p_sl,
• – максимальная просадка грунтов от собственного веса , происходящая в нижней части просадочной толщи h_sl.g при замачивании площади шириной В_ω ≥ Н_sl (см. рис. 10.2, б);
• – возможная просадка грунтов от собственного веса s_sl.g, проявляющаяся в пределах толщи h_sl.g при B_ω < H_sl;
• – горизонтальное перемещение u_sl (см. рис. 10.2, в), возникающее при просадке грунтов от собственного веса в пределах криволинейных участков просадки грунта.

Максимальная просадка грунта от собственного веса  характеризуется (см. рис. 10.2, б) горизонтальным участком просадки поверхности грунта b и двумя криволинейными участками r, на которых просадка изменяется от максимальной величины  до нуля.

Возможная просадка поверхности грунта s_sl.g включает только два криволинейных участка r. Горизонтальные перемещения поверхности грунта при максимальной просадке характеризуются наличием участков (см. рис. 10.2, в): горизонтального уплотнения, разуплотнения и нейтрального, который при возможной просадке s_sl.g отсутствует.

В зависимости от возможности проявления просадок грунта от собственного веса грунтовые условия строительных площадок подразделяются на два типа:

I тип — когда просадка грунта происходит в основном в пределах деформируемой зоны основания от нагрузки фундаментов или другой внешней нагрузки s_sl.p, а просадка от собственного веса s_sl.g отсутствует или не превышает 5 см;

II тип — когда наряду с просадкой грунта от нагрузки фундамента в нижней части просадочной толщи возможна просадка грунта от его собственного веса более 5 см.

Основными характеристиками для проектирования оснований и фундаментов на просадочных грунтах, полученными при инженерно-геологических изысканиях, являются:

• – тип грунтовых условий по просадочности;
• – относительная просадочность ε_sl при бытовом и фактическом давлении на грунт, а при изменении фактического давления более чем на 0,1 МПа зависимость ε_sl от давления на грунт;
• – величина начального просадочного давления p_sl;
• – величина начальной просадочной влажности ω_sl только при медленном повышении влажности;
• – модули деформации при естественной влажности  и в водонасыщенном состоянии E_ω;
• – коэффициент изменчивости сжимаемости основания α;
• – удельное сцепление c и угол внутреннего трения φ просадочных грунтов при естественной влажности и в водонасыщенном состоянии;
• – удельное сцепление c и угол внутреннего трения φ в водонасыщенном состоянии уплотненных просадочных грунтов до заданной плотности.
Абелев Ю.М., Абелев М.Ю. Основы проектирования и строительства на просадочных грунтах
Крутов В.И. Основания и фундаменты на просадочных грунтах
СНиП 3.02.01-83. Основания и фундаменты